高维光旋波的动态实现

旋流结构的维数最近已扩展到二维之外，提供更高阶的拓扑特征和鲁棒性，以实现高容量信息处理和湍流控制。高维旋流结构的生成大多在经典系统中通过流体、声波或电磁波的复杂干涉实现。然而，自然材料很少支持三维或更高维的旋流结构及其物理相互作用。本文提出了一种高维梯度厚度光学腔 (GTOC)，其中平面金属-介质多层的光耦合在多个维度上实现拓扑相互作用。高维 GTOC 中的拓扑相互作用构建非平凡拓扑相位，诱导出广义参数空间中三维、四维乃至更高维的旋流结构。在电光断层扫描中观察到这些涌现的高维旋流结构，作为二维实空间中的光旋波动力学，其中介质层的光学厚度作为合成维度。我们实验演示了在三维广义参数空间中的涌现旋流结构、光旋线和旋环及其拓扑转变。此外，我们探索了称为光旋压力表的四维旋流结构，这为实空间光旋波动力学的可编程性提供了可能。我们的发现在模拟高维物理和开发主动拓扑光子器件方面具有重要前景。